بررسی عددی عامل M2 پرتوهای پیرامحوری اینس-‌گاوس

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

1 گروه فیزیک، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران

2 گروه فیزیک، مرکز آموزش عالی استهبان، استهبان، فارس، ایران

3 عضو هیات علمی دانشگاه شیراز

چکیده

پرتوهای اینس-‌گاوس از جمله پرتوهای هلمهولتز-گاوس هستند که مجموعة کامل و متعامدی از جواب‌های معادله موج پیرامحوری در مختصات بیضوی را تشکیل می‌دهند. در این مقاله با محاسبة عددی ممان مرتبة دوم پرتو، به بررسی عامل  این پرتوها پرداخته ‌شده است. سپس به‌وسیلة برازش داده‌های عددی، یک مدل محاسباتی برای رفتار عامل  برحسب عدد مد ارائه شده است. نتایج نشان می‌دهند که رابطة عامل  پرتو به‌صورت تابع خطی و صعودی از مرتبة مد می‌باشد، در حالی‌که این عامل مستقل از عدد مد است. این محاسبات طراحان سیسستم‌های لیزر را در دست‌یابی سریع به عامل  این پرتوها یاری کرده و از انجام محاسبات پیچیده بی‌نیاز می‌گرداند. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical investigation of the M2 factor of paraxial Ince-Gaussian beams

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Servatkhah 1
  • Rahele Pourmand 2
چکیده [English]

Ince-Gaussian beams are a complete member of Helmholtz-Gauss beams and are exact and orthogonal solution of paraxial wave equation in elliptical cylindrical coordinates. In this paper, numerical evaluation of the M2 factor of Ince-Gaussan beams based on second order moments of intensity is presented. The results show that the M2 factor is an increasing function of mode order whereas it is independent of mode number. These calculations can help optical system designers to compute the quality factor of these beams very easily without the need to use other complex calculations. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • paraxial wave equation
  • helmholtz gauss beams
  • ince gauss beams
  • M2 factor
[1] M.A. Bandres, J.C. Gutierrez-Vega, Ince-Gaussian beams, Optics Letters 29 (2004) 144-146.

 

[2] M. Woerdemann, C. Alpmann, C. Denz, Optical assembly of microparticles into highly ordered structures using Ince-Gaussian beams, Applied Physics Letters 98 (2011) 111101.

 

[3] U.T. Schwarz, M.A. Bandres, J.C. Gutiérrez-Vega, Observation of Ince–Gaussian modes in stable resonators, Optics Letters 29 (2004) 1870-1872.

 

[4] C. Shu-Chun, O. Kenju, Numerical study for selective excitation of Ince-Gaussian modes in end-pumped solid-state lasers, Optics Express, 15 (2007) 16506-16519.

 

[5] M. Sabaeian, H. Nadgaran, Bessel–Gauss beams: Investigations of thermal effects on their generation, Optics Communications 281 (2008) 672-678.

 

[6] D. Deng, Q. Guo, Ince–Gaussian beams in strongly nonlocal nonlinear media, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 41 (2008) 145401.

 

[7] H. Nadgaran, M. Servatkhah, The effects of induced heat loads on the propagation of Ince–Gaussian beams, Optics Communications 284 (2011) 5329-5337.

 

[8] H. Nadgaran, M. Servatkhah, M. Sabaeian, Mathieu-Gauss beams: A thermal consideration, Optics Communications 283 (2010) 417-426.

 

[9] G. Zhou, K. Zhu, F. Liu, Vectorial structure of Ince–Gaussian beam in the far field Journal of Modern Optics, 54 (2007) 2807-2817.

 

[10] A. Mathew, K. Choudhury, A. Garg, S. Kanojia, P. Sen, T.J. Andrews, Generation and Propagation of Higher order Gaussian Beams, International Conference on Optics and photonics, CSIO, Chandigarh, India, 30 Oct.-1 Nov.(2009).

 

[11] D. Aguirre-Olivas, G. Mellado-Villaseñor, D. Sánchez-de-la-Llave, V. Arrizón, Efficient generation of Hermite–Gauss and Ince–Gauss beams through kinoform phase elements, Applied Optics, 54 (2015) 8444-8452.

 

[12] Y. Ren, Z. Fang, L. G, Kun Huang, Y. Chen, R. Lu, Dynamic generation of Ince-Gaussian modes with a digital micromirror device, Journal of Applied Physics 117 (2015) 133106.

 

[13] H. Eyyuboğlu, Propagation analysis of Ince–Gaussian beams in turbulent atmosphere, Applied Optics 53 (2014) 2290-2296.

 

[14] L. Carbone, P. Fulda, C. Bond, F. Brueckner, D. Brown, M. Wang, D. Lodhia, R. Palmer, A. Freise, “The generation of higher-order Laguerre-Gauss optical beams for high-precision interferometry, Journal of Visualized Experiments. 78 (2013) 50564.

 

[15] R. Borghi, and M. Santarsiero, M2 factor of Bessel–Gauss beams, Optics Letters 22 (1997) 262-264.

 

[16] A. Siegman, New developments in laser resonators, Proceedings of SPIE, 1224 (1990) 2.

[17] P.A. Belanger, Beam propagation and the ABCD ray matrices, Optics Letters 16 (1991) 196-198.

 

[18] M. Mahdieh, Numerical approach to laser beam propagation through turbulent atmosphere and evaluation of beam quality factor, Optics Communications 281 (2008) 3395–3402.

 

[19] K. Xiaoping, L. Baida, The Beam Propagation Factor of Nonparaxial Truncated Flattened Gaussian Beams, Optical and Quantum Electronics, 38 (2006) 547-556.

[20] G. Wu, Q. Lou, J. Zhou, J. Dong, Y. Wei, Z. Su, Propagation of flat-topped beams, Optics & Laser Technology, 40 (2008) 494-98.

[21] X. Kang, B. Lu, The M2 factor of nonparaxial Hermite-Gaussian beams and related problems, Optik, 116 (2005) 232-236.

[22] Z. Guo-Quan and F. Yan, M2 factor of four-petal Gaussian beam, Chinese Physics B, 17 (2008) 3708.

[23] A. Chafiq, Z. Hricha, A. Belafhal, Parametric characterization of Mathieu–Gauss beams, Optics Communications 282 (2009) 2590-2594.

[24] W.H. Press, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling, B. Flannery, Numerical Recipes in C: The Art of Scientific, Cambridge University Press (1992).